Schnelltests in der Lebensmittelindustrie

Die wichtigsten Testverfahren sind der PCR-Test (Polymerase Chain Reaction), der ATP-Test (Adenosintriphosphat) sowie der LAL-Test (Limulus-Amöbozyten-Lysat), die im Folgenden vorgestellt werden. Neben den genannten Schnelltests gibt es weitere auf Basis der Impedanzmessung sowie immunolgische ELISA- oder ELFA-Tests.

PCR-Test

DNA-Analysen beeinflussen Entscheidungen im juristischen, medizinischen und wirtschaftlichen Umfeld. Dies ist Dank der rasanten Entwicklung der PCR-Technik möglich geworden. In den meisten Dienstleistungs- und Qualitätssicherungslaboratorien für die Lebensmittelindustrie wird die „PCR“ eingesetzt und liefert schnelle Ergebnisse. Aber nur wenige Labore verfügen über Kenntnisse und Möglichkeiten PCR-Produkte zur Identifizierung einer Vielzahl von Bakterien und Pilzen zu nutzen.

Mikrobiologische Untersuchungen von Lebensmitteln sind ausgesprochen komplex und erfordern vom untersuchenden Labor und dessen Mitarbeitern Erfahrung und Fachkenntnisse bei der Durchführung und Beurteilung der Ergebnisse nach den entsprechenden Methoden. Die Untersuchungen werden nach klassisch-mikrobiologischen Vorschriften oder immer häufiger mit modernen High-Tech-Schnellmethoden durchgeführt. Mit molekularbiologischen Schnellanalysen kann beispielsweise häufig die Untersuchungszeit von Lebensmitteln deutlich verkürzt werden.

Die PCR ist so „populär“, weil es mittels dieser Technik möglich ist, aus nahezu jedem biologischen Material ausreichend DNA für weitere Analysen zu gewinnen. In der Lebensmittelindustrie werden PCR-Methoden hauptsächlich für die folgenden Untersuchungen eingesetzt:

  • Nachweis und Identifizierung von Mikroorganismen
  • Tier- und Pflanzenartendifferenzierungen
  • Allergennachweise
  • Nachweise von gentechnisch veränderten Organismen oder veränderter DNA

Die klassischen kulturellen Nachweise für Bakterien sind zeitintensiv, eine gegebenenfalls anschließende nötige Isolierung und biochemische Identifikation aufwändig. Die PCR hingegen ist schnell, spezifisch und sensitiv. Bei vielen Fragestellungen haben aber nach wie vor kulturelle Verfahren ihre berechtigten Vorteile. Häufig sind die unterschiedlichen Methoden miteinander gekoppelt.

Der PCR ist beispielsweise für den Nachweis von pathogenen Keimen ein kultureller Anreicherungsschritt vorgeschaltet. Geräte, spezifische Reagenzien und Primer sind mittlerweile so aufeinander abgestimmt, dass die Durchführung einfach und die Ergebnisse zuverlässig sind. So können auch ohne fundierte molekularbiologische Erfahrungen DNA-Analysen in Laboren durchgeführt werden. In der amtlichen Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB sind folgende Bakterien-Nachweise mittels PCR aufgeführt:

Salmonella

L 00.00-52, L00.00-98

STEC

L 07.18-1

Campylobacter jejuni, C. coli

L 00.00-96

Listeria monocytogenes

L 00.00-95

Zum Nachweis von gentechnisch veränderten Organismen oder gentechnisch veränderter DNA existiert eine Fülle weiterer Untersuchungsvorschriften, die unter § 64 LFGB aufgeführt sind. Darüber hinaus stellt die Industrie eine große Anzahl unterschiedlicher PCR-Nachweise zur Verfügung.

Der Goldstandard zur Identifizierung von Mikroorgansimen

  • 16S-rDNA-Sequenzierung von Bakterien, bzw. DNA-DNA Hybridisierung des Gesamtgenoms
  • ITS-Sequenzierung bei Pilzen

Sind die technischen, personellen und fachlichen Möglichkeiten im Labor vorhanden, kann die PCR-Technik zur sicheren Identifizierung von Mikroorganismen beitragen, denn die Vervielfältigung der „Ziel-DNA“ ist hier für die weiteren Analysen ebenfalls nötig. Stammbäume der Organismen beruhen auf Sequenzanalysen ribosomaler RNA (rRNA). Sequenzvergleiche in Datenbanken können einerseits dazu genutzt werden, Verwandschaftsverhältnisse der Organismen aufzuklären, anderseits zur Identifizierung der Art herangezogen werden.

Dieser Datenvergleich wird als BLASTen (Nutzung der Software Basic Local Alignment Search Tool) bezeichnet. Bei Bakterien steht die 16S rRNA-Sequenz, bei Pilzen die ITS-Sequenz im Focus des Interesses. Bei Pilzen unterschiedlicher Gattungen, wie beispielsweise Penicillium spp., Aspergillus spp. oder Hefen, werden die so genannten nicht kodierenden ITS-Regionen (internal transcribed spacers) zwischen den einzelnen RNA-Untereinheiten zur sicheren Identifizierung verglichen.

Wissen und Erfahrung sind erforderlich
Diese Technik erfordert besonders ausgebildetes Personal und einen hohen Grad an technischem Geräteeinsatz (siehe auch Methodensammlung der Bund / Länder-Arbeitsgemeinschaft Gentechnik; Identifizierung von Bakterien durch Sequenzierung der 16S-rDNA-Amplifikate). Trotz technischer Vereinfachungen bei der Durchführung der PCR, gilt für die Sequenzierung, dass hier für die sachgemäße Durchführung, Interpretation und Analyse der Daten immer noch ein hoher Grad an Erfahrung und Wissen erforderlich ist. Für Fragestellungen bei Hygieneproblemen, bei der sicheren Bestimmung von Verderbskeimen oder der Überprüfung von Starterkulturen, ist die exakte Bestimmung der Art mit dem Goldstandard der DNA-Sequenzierung gefragt und dank der PCR möglich.

ATP-Test

ATP (Adenosintriphosphat) ist in jeder lebenden Zelle vorhanden. Mit dem ATP-Test soll der mikrobielle ATP-Gehalt in Lebensmitteln erfasst werden, damit indirekt der Keimgehalt der Probe bestimmt werden kann. Der ATP-Test ist zur Untersuchung von Fleisch, Fleischprodukten, Milch, Starterkulturen und Getränken geeignet. Somatisches ATP (etwa vom Fleisch) kann neutralisiert werden.

Testprinzip:
Im Labor wird das zu bestimmende ATP der Probe unter definierten Bedingungen in AMP und Licht umgewandelt. Die Intensität des entstehenden Lichtes ist der Zellkonzentration an ATP direkt proportional.

Hygienekontrollen mit dem ATP-Test
Der ATP-Test wird auch eingesetzt, um anhand der Messung von Adenosintriphosphat (ATP) die Sauberkeit von Oberflächen und Wasserproben zu bestimmen. Es ist ein brauchbarer Test, um erste orientierende Aussagen über den Hygienezustand zu erhalten.

Ein positives Testergebnis deutet auf eine Kontamination hin.

LAL-Test

Der LAL-Test ist eine schnelle, spezifische und hochempfindliche Methode zum quantitativen Nachweis toter und lebender Gram-negativer Bakterien in flüssigen und festen Lebensmitteln, Milch, Flüssigei, Fleischprodukten und anderen Rohstoffen zur Herstellung von Lebensmitteln.

Testprinzip:
Das Testprinzip beruht auf der Eigenschaft des Blutes des Pfeilschwanzkrebses (Limulus polyphemus) bei einer Infektion mit Gram-negativen Bakterien zu gerinnen. Der Limulus-Krebs hat nur eine Art von Blutzellen, die Amöbozyten genannt werden. Die Amöbozyten enthalten Pro- und Agglutinationsenzyme, die in Anwesenheit von Zellwandbestandteilen von Gram-negativen Bakterien, so genannten Lipopolysacchariden (LPS) oder Endotoxinen, aktiviert werden. Im Labor werden die Blutzellen des Krebses mit der Probe und den Testreagenzien in speziellen Gefäßen gemischt und inkubiert. Bildet sich ein festes Gel, ist der Test positiv.

Der LAL-Test wird häufig zur Überprüfung von Eiprodukten genutzt, die zur Weiterverarbeitung z.B. in Teigwaren vorgesehen sind. Nach Eingang der Probe im Labor liegt das Ergebnis bereits nach spätestens zwei Stunden vor. Ist das Ergebnis positiv, liegt eine Kontamination mit Gram-negativen Keimen vor. Die Annahme der Ware kann gegebenenfalls verweigert werden.

Auch in der Pharmaindustrie spielt der LAL-Test eine bedeutende Rolle, da Kontaminationen mit Endotoxinen parenteral verabreichter Arzneimittel ausgeschlossen werden müssen. Endotoxine werden auch als Pyrogene bezeichnet, da die Bestandteile der Zellwand Gram-negativer Bakterien im Menschen Fieber und andere unerwünschte immunologische Reaktionen verursachen können.